The Missing Link in Plant Histidine Biosynthesis: Arabidopsis myoinositol monophosphatase-like2 Encodes a Functional Histidinol-Phosphate Phosphatase1

Resumo

A histidina (His) desempenha um papel crítico no crescimento e desenvolvimento das plantas, tanto como um dos aminoácidos padrão em proteínas, quanto como um ligante complexante de cátions. Enquanto os genes que codificam sete das oito enzimas na via de sua biossíntese foram caracterizados a partir de várias espécies de plantas, a identidade da enzima que catalisa a desfosforilação da histidinolfosfato ao histidinol permaneceu indefinido. Recentemente, membros de uma nova família de proteínas  histidinol-fosfato fosfatase exibindo similaridade de sequência significativa com monofosfatases de mioinositol conhecidas (IMPs) foram identificadas a partir de várias actinobactérias. Aqui demonstramos que um membro da família IMP de Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), mioinositol monofosfatase-like2 (IMPL2; codificado por At4g39120), tem atividade histidinol-fosfato fosfatase. Mutantes de Arabidopsis impl2 nulos homozigotos apresentaram letalidade embrionária, que poderia ser resgatada fornecendo plantas heterozigotas para alelos impl2 nulos com His. Em comum com os genes HISN previamente caracterizados de Arabidopsis, o IMPL2 foi expresso em todos os tecidos vegetais e ao longo do desenvolvimento, e uma IMPL2:proteína fluorescente  foi direcionada para o plastídio, onde ocorre a biossíntese de His nas plantas. Nossos dados demonstram que IMPL2 é o produto do gene HISN7, e sugere uma falta de redundância genética nesta etapa metabólica em Arabidopsis,  é característica de a via biossintética de His.

Abstract

Histidine (His) plays a critical role in plant growth and development, both as one of the standard amino acids in proteins, and as a metal-binding ligand. While genes encoding seven of the eight enzymes in the pathway of His biosynthesis have been characterized from a number of plant species, the identity of the enzyme catalyzing the dephosphorylation of histidinolphosphate to histidinol has remained elusive. Recently, members of a novel family of histidinol-phosphate phosphatase proteins, displaying significant sequence similarity to known myoinositol monophosphatases (IMPs) have been identified from several Actinobacteria. Here we demonstrate that a member of the IMP family from Arabidopsis (Arabidopsis thaliana),
myoinositol monophosphatase-like2 (IMPL2; encoded by At4g39120), has histidinol-phosphate phosphatase activity. Heterologous expression of IMPL2, but not the related IMPL1 protein, was sufficient to rescue the His auxotrophy of a Streptomyces coelicolor hisN mutant. Homozygous null impl2 Arabidopsis mutants displayed embryonic lethality, which could be rescued by supplying plants heterozygous for null impl2 alleles with His. In common with the previously characterized HISN genes from Arabidopsis, IMPL2 was expressed in all plant tissues and throughout development, and an IMPL2:green fluorescent protein fusion protein was targeted to the plastid, where His biosynthesis occurs in plants. Our data demonstrate that IMPL2 is the
HISN7 gene product, and suggest a lack of genetic redundancy at this metabolic step in Arabidopsis, which is characteristic of the His biosynthetic pathway.